NO344239B1

NO344239B1 - Fremgangsmåte for dyp transient resistivitetsmåling under boring

Info

Publication number: NO344239B1
Application number: NO20110845A
Authority: NO
Inventors: Gregory B Itskovich; Arcady Reiderman
Original assignee: Baker Hughes A Ge Co Llc
Priority date: 2008-11-17
Filing date: 2011-06-10
Publication date: 2019-10-14
Also published as: BRPI0921094B1; WO2010057070A3; GB2478083B; BRPI0921094A2; GB201108863D0; GB2478083A; US20100125439A1; WO2010057070A2; NO20110845A1; US8239172B2

Description

BAKGRUNN FOR OPPFINNELSEN

1. Teknisk område

Oppfinnelsen vedrører en fremgangsmåte og anordning for å evaluere en grunninformasjon. Metoden baserer seg på å bruke et verktøy transportert i et borehull i grunninformasjonen. Verktøyet har et legeme med en endelig konduktivitet forskjellig fra null. Videre omfatter oppfinnelsen et system hvor et datamaskinlesbart mediumprodukt, som har lagret instruksjoner som når de leses av minst én prosessor, får den minst ene prosessoren til å utføre en fremgangsmåte.

2. Beskrivelse av beslektet teknikk

Instrumenter for måling av elektromagnetisk induksjonsresistivitet kan brukes til å bestemme den elektriske konduktiviteten i grunnformasjoner som omgir et brønnhull. Et elektromagnetisk induksjonsbrønnloggeinstrument er f.eks. beskrevet i US-patent nr.5,452,761 utstedt til Beard m.fl. Det instrumentet som er beskrevet i '761-patentet til Beard, innbefatter en senderspole og et antall mottakerspoler posisjonert ved aksialt atskilte posisjoner langs instrumenthuset. En vekselstrøm blir ført gjennom senderspolen. Spenninger som blir indusert i mottakerspolene som et resultat av magnetiske vekselfelter indusert i grunnformasjonene, blir så målt.

Størrelsen av visse fasekomponenter i de induserte mottakerspenningene er relatert til konduktiviteten i de media som omgir instrumentet.

Utviklingen av dyptmålende elektromagnetiske verktøy har en lang historie. Slike verktøy blir brukt til å oppnå en rekke forskjellige formål. Dyptmålende verktøy forsøker å måle reservoaregenskaper mellom brønner ved avstander i området fra titalls til hundretalls meter (ultradyp skala). Det er enkeltbrønn- og tverrbrønnløsninger som for det meste bygger på teknologiene i forbindelse med radar/-seismikk-bølgeforplantningsfysikk. Denne gruppen med verktøy er naturligvis begrenset av blant annet anvendbarheten til bare formasjoner med høy resistivitet og den effekt som er tilgjengelig i brønnhullet.

Dyp transient logging under boring (LWD), spesielt med "foroverseende" egenskaper, viste seg å ha et stort potensial ved forutsigelse av soner med overtrykk, detektering av forkastninger foran borkronen i horisontale brønner, profilering av massive saltstrukturer, osv. Ett av hovedproblemene med dype transiente målinger ved LWD-anvendelser er et parasittsignal som skyldes det ledende borerøret. En rekke teknikker er blitt brukt til å redusere dette parasittsignalet i de innsamlede dataene. For formålene med foreliggende oppfinnelse adopterer vi følgende definisjon av uttrykket "transient elektromagnetisk metode" fra Schlumberger Oilfield Glossary:

En variasjon av den elektromagnetiske metoden hvor elektriske og magnetiske felter blir indusert ved hjelp av transiente pulser med elektrisk strøm i spoler eller antenner i stedet for ved hjelp av kontinuerlig (sinusformet) strøm.

Blant de fremgangsmåtene som er blitt brukt til å redusere parasittsignalet på grunn av ledende borerør, benytter ferritt- og kobberskjerming, bruker et referansesignal (kompensasjon) for kalibreringsformål og bruk av den asymmetriske oppførselen til det ledende rørets tidsrespons til å filtrere ut rørsignalet.

US-patent 7,027,922 til Bespalov som har samme søker som foreliggende søknad og hvis innhold herved inkorporeres ved referanse, er av spesiell interesse. Som beskrevet i Bespalov kan det transiente signalet representeres ved hjelp av T aylor-rekkeekspansjonen :

hvor Hz er z-komponenten til det magnetiske feltet, t er tiden og S-s er ekspanssjonskoeffisienter. Som diskutert i Bespalov-patentet er S1/2og S3/2-uttrykkene dominert av effektene av det ledende røret, og estimering og korrigering for i det minste S1/2-komponenten og eventuelt også S3/2-komponenten gir transient respons som er følsom for avstanden til laggrenser.

Fra teknikkens stilling er det fra US patentet 2005049791 A1 kjent en dyp resistivitets transient metode for MWD applikasjon hvor det benyttes asymptotisk filtrering. Teknikken omfatter et system og en metode for å få aktuelle parametere for en jordformasjon. Typisk formasjonsresistivitet eller avstand til en såkalt «bed» grense, under forhold hvor et induksjonsverktøy brukes med en kropp med endelig, ulik null konduktivitet. Taylorrekke ekspansjon benyttes for å fremstille signalene. For det andre signalet benyttes filtrering for å fjerne de mest dominante signalene fra røreffekten.

Det er også kjent fra US patent 4796186 A en metode og en anordning for å bestemme konduktivitet til en undergrunnsformasjon på tvers av en brønn, særlig for en fôret brønn. Metoden kompenserer for variasjoner i fôr konduktivitet og/eller elektrode forflytning som for eksempel kommer fra termisk stress eller ekspansjon eller korrosjon. Modifikasjonene beskrives for å tillate konduktivitetsmålinger i delvis fôret, eller ikke-fôrede brønner, eller brønner som aktivt drilles.

I tilfellet med målundersøkelsesdybde (DOI, depth of investigation) på opptil 50 meter er signalet på grunn av det ledende røret typisk mer enn to størrelsesordener større enn formasjonssignalet selv om ferritt- og kobberskjermer blir brukt. Under disse forholdene kan nøyaktigheten av kompensasjonen (f.eks. på grunn av eksponering for brønnhullstilstander) og asymptotisk filtrering kanskje ikke være tilstrekkelig til å lette målingene. Foreliggende oppfinnelse tar opp problemene i forbindelse med ekstra dype resistivitetsmålinger.

OPPSUMMERING AV OPPFINNELSEN

En utførelsesform av oppfinnelsen er en fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon ved å bruke et verktøy transportert inne i et borehull i grunnformasjonen. Verktøyet har et legeme med en endelig konduktivitet som er forskjellig fra null. Fremgangsmåten innbefatter å bruke en sender på verktøyet til å produsere et transient elektromagnetisk signal i grunnformasjonen; å bruke minst én mottaker for produksjon av et signal som er et resultat av vekselvirkning av det transiente signalet med grunnformasjonen, hvor det mottatte signalet har et første tidsintervall som innbefatter en første komponent som reaksjon på en egenskap i grunnformasjonen, og en andre komponent som en reaksjon på konduktiviteten til verktøyet, og har et annet tidsintervall som hovedsakelig er en reaksjon på konduktiviteten til verktøyet. Fremgangsmåten omfatter å bruke det produserte signalet i det andre tidsintervallet og det produserte signalet i det første tidsintervallet til å estimere den første komponenten til det produserte signalet i det første tidsintervallet.

I en annen utførelsesform av oppfinnelsen, videre omfattende bruk av den estimerte første komponenten i det produserte signalet til å estimere en verdi av egenskapen til grunnformasjonen.

Ifølge en foretrukket variant av oppfinnelsen er parameteren av interesse minst én av (i) en resistivitetsegenskap ved formasjonen, og (ii) en avstand til en laggrense i formasjonen.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er at estimering av den første komponenten i det produserte signalet i det første tidsintervallet videre omfatter: (i) å utføre en minste kvadrattilpasning til det produserte signalet i det andre tidsintervallet; (ii) å bruke tilpasningsparameterne som er utledet i den minste kvadrattilpasningen til å definere et ekstrapolert signal i det første tidsintervallet; og (iii) å subtrahere det ekstrapolerte signalet fra det første produserte signalet.

Ifølge an annen variant av oppfinnelsen er at utførelsen av den minste kvadrattilpasningen videre omfatter å bruke en eksponentiell funksjon.

En ytterligere variant av oppfinnelsen er at utførelse av den minste kvadrattilpasningen til det andre tidsintervallet av det produserte signalet, videre omfatter: (i) å definere en tilpasningsfunksjon, og (ii) å linearisere tilpasningsfunksjonen omkring en nominell verdi av en tilpasningsparameter.

I følge en annen variant av oppfinnelsen er at den videre omfatter å estimere den nominelle verdien av tilpasningsparameteren ved å bruke et kalibreringssignal.

En annen variant av oppfinnelsen er at den videre omfatter å transportere verktøyet inn i undergrunnsformasjonen på én av (i) et borerør, og (ii) en kabel.

I følge en annen variant av oppfinnelsen er at den videre omfatter å styre en retning av boringen ved å bruke den estimerte verdien av egenskapen ved grunnformasjonen.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er en anordning innrettet for å evaluere en grunnformasjon. Anordningen innbefatter et verktøy som har et legeme med en endelig konduktivitet forskjellig fra null, innrettet for å bli transportert i et borehull; en sender på verktøyet innrettet for å frembringe et transient elektromagnetisk signal i grunnformasjonen; minst én mottaker innrettet for å frembringe et signal som reaksjon på vekselvirkning mellom det utsendte signalet og grunnformasjonen. Signalet har et første tidsintervall som innbefatter en første komponent som reaksjon på en egenskap i grunnformasjonen, og en andre komponent som reaksjon på konduktiviteten til verktøyet, og har et annet tidsintervall som reaksjon hovedsakelig på konduktiviteten til verktøyet. Anordningen innbefatter også minst én prosessor innrettet for å bruke det frembrakte signalet i det andre tidsintervallet og det frembrakte signalet i det første tidsintervallet til å estimere den første komponenten til signalet i det første tidsintervallet.

En annen variant av oppfinnelsen er at den minst ene prosessoren videre er innrettet for å bruke den estimerte første komponenten til å estimere en verdi av egenskapen til grunnformasjonen.

I følge en utførelsesform av oppfinnelsen er egenskapen til grunnformasjonen valgt fra: (i) en resistivitetsegenskap for formasjonen, og (ii) en avstand til en grenseflate i formasjonen.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er at den minst ene prosessoren videre er innrettet for å estimere den første komponenten i det produserte signalet i det første tidsintervallet ved videre: (i) å utføre en minste kvadrattilpasning til det andre tidsintervallet i det frembrakte signalet; (ii) å bruke tilpasningsparameterne som er utledet i den minste kvadrattilpasningen til å definere et ekstrapolert signal i det første tidsintervallet; og (iii) å subtrahere det ekstrapolerte signalet fra det første produserte signalet.

I følge en annen utførelsesform av oppfinnelsen er den minst ene prosessoren videre er innrettet for å utføre den minste kvadrattilpasningen ved videre å bruke en eksponentiell funksjon.

I følge en utførelsesform av oppfinnelsen er den minst ene prosessoren videre er innrettet for å utføre den minste kvadrattilpasningen til signalet i det andre tidsintervallet i det produserte signalet ved videre å linearisere en tilpasningsfaktor omkring en nominell verdi av en tilpasningsparameter.

En utførelsesform av oppfinnelsen er at den minst ene prosessoren videre er innrettet for å estimere den nominelle verdien av tilpasningsparameteren ved å bruke et kalibreringssignal.

I følge en annen utførelsesform av oppfinnelsen er at den videre omfatter en transportanordning innrettet for å transportere verktøyet inn i formasjonen, hvor transportanordningen er valgt fra: (i) et borerør, og (ii) en kabel.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er at den minst ene prosessoren videre er innrettet for å styre en boreretning basert i det minste delvis på den bestemte verdien av egenskapen til grunnformasjonen.

En annen utførelsesform av oppfinnelsen er et datamaskinlesbart mediumprodukt som har lagret instruksjoner som når de leses av minst én prosessor, får den minst ene prosessoren til å utføre en fremgangsmåte.

Fremgangsmåten omfatter: å behandle et signal som er produsert av en mottaker på et verktøy i et borehull som reaksjon på et transient signal generert av en sender i borehullet, for å estimere en egenskap ved grunnformasjonen. Der det produserte signalet omfatter et første tidsintervall som innbefatter en første komponent som reaksjon på en egenskap ved grunnformasjonen, og en andre komponent som reaksjon på en konduktivitet for verktøyet, og et annet tidsintervall som hovedsakelig er en reaksjon på konduktiviteten til verktøyet, for å estimere den første komponenten i signalet i det første tidsintervallet.

I følge en annen utførelsesform av oppfinnelsen er at datamaskinlesbart medium videre omfatter minst én av: (i) et ROM, (ii) et EPROM, (iii) et EEPROM, (iv) et flash-lager og (v) en optisk plate.

KORT BESKRIVELSE AV TEGNINGENE

Foreliggende oppfinnelse vil best bli forstått under henvisning til de vedføyde figurene hvor like henvisningstall refererer til like elementer og hvor:

Fig. 1 viser et resistivitetsloggeinstrument i henhold til foreliggende oppfinnelse transportert i et borehull;

fig. 2 viser en typisk sylindrisk brønnhullskonfigurasjon for oljeutvinning; fig. 3 viser en sylindrisk modell av borehullskonfigurasjonen;

fig. 4 (kjent teknikk) viser transiente responser som skyldes den fjerntliggende sylindriske grensen i konfigurasjonen på fig.3 i nærvær av et perfekt ledende borerør;

fig. 5 (kjent teknikk) viser transiente responser som skyldes en fjerntliggende grense når borerøret har en konduktivitet σ=1,4*10<6>S/m;

fig. 6 viser transiente responser over et tidsintervall hvor signalet er dominert av virkningen av et ledende borerør;

fig. 7 viser et flytskjema som illustrerer noen av trinnene ifølge foreliggende oppfinnelse;

fig. 8 viser et eksempel på et sendersignal som innbefatter et formasjonssignal, et rørsignal og støy; og

fig. 9 viser resultatet av å anvende fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse på signalet på fig.8

BESKRIVELSE AV UTFØRELSESEKSEMPLER

Fig. 1 viser en skjematisk oversikt over et boresystem 10 med en borestreng 20 som bærer en boringsenhet 90 (også referert til som bunnhullsanordningen, eller "BHA") transportert i et "brønnhull" eller et "borehull" 26 for boring av brønnen.

Boresystemet 10 innbefatter et konvensjonelt boretårn 11 reist på et dekk 12 som bærer et rotasjonsbord 14 som bli rotert av en hoveddrivmotor slik som en elektrisk motor (ikke vist) med en ønsket rotasjonshastighet. Borestrengen 20 innbefatter et rør slik som et borerør 22 eller et oppkveilingsrør som strekker seg nedover fra overflaten inn i borehullet 26. Borestrengen 20 blir skjøvet inn i brønnhullet 26 når et borerør 22 blir brukt som rør. For anvendelser med oppkveilingsrør blir en rørinjektor, slik som injektor (ikke vist) imidlertid brukt til å føre røret fra sin kilde, slik som en spole (ikke vist) til brønnhullet 26. Borkronen 50 som er festet til enden av borestrengen, bryter opp de geologiske formasjonene når den blir rotert for å bore borehullet 26. Hvis et borerør 22 blir brukt, er borestrengen 20 koblet til et heisespill 30 via et drivrør 21, en svivel 28 og en line 29 over en skive 23. Under boreoperasjoner blir spillverket 30 operert for å regulere vekten på borkronen som er en viktig parameter som påvirker inntrengningshastigheten. Operasjonen av heisespillet er velkjent på området og blir derfor ikke beskrevet i detalj her.

Under boreoperasjoner blir en passende borevæske 31 fra en slamtank (kilde) 32 sirkulert under trykk gjennom en kanal i borestrengen 20 ved hjelp av en slampumpe 34. Borevæsken passerer fra slampumpen 34 inn i borestrengen 20 via en trykkdemper (ikke vist), en fluidledning 28 og en drivskjøt 21. Borevæsken 31 strømmer ut ved borehullsbunnen 51 gjennom en åpning i borkronen 50. Borevæsken 31 sirkuleres oppover gjennom ringrommet 27 mellom borestrengen 20 og borehullet 26 og returnerer til slamtanken 32 via en returledning 35. Borevæsken virker til å smøre borkronen 50 og til å føre borkaks bort fra borkronen 50. En sensor S1 kan være plassert i ledningen 38 for å tilveiebringe informasjon om fluidstrømningsmengden. En dreiemomentsensor S2 på overflaten og en sensor S3 i forbindelse med borestrengen 20 tilveiebringer henholdsvis informasjon om dreiemomentet og rotasjonshastigheten til borestrengen. En sensor (ikke vist) i forbindelse med ledningen 29 blir i tillegg brukt til å tilveiebringe kroklasten for borestrengen 20.

I én utførelsesform av oppfinnelsen blir borkronen 50 rotert ved bare å rotere borerøret 22. I en annen utførelsesform av oppfinnelsen er en brønnhullsmotor 55 (slammotor) anordnet i boringsenheten 90 for å rotere borkronen 50, og borerøret 22 blir vanligvis rotert for å supplere rotasjonskraften, om nødvendig, og for å bevirke endringer i boreretningen.

I én utførelsesform av fig.1 er slammotoren 55 koblet til borkronen 50 via en drivaksel (ikke vist) anordnet i en lagerenhet 57. Slammotoren roterer borkronen 50 når borevæsken 31 passerer gjennom slammotoren 55 under trykk. Lagerenheten 57 understøtter de radiale og aksiale kreftene fra borkronen. En stabilisator 58 som er koblet til lagerenheten 57, virker som et sentreringsorgan for den nedre delen av slammotorenheten.

I én utførelsesform av oppfinnelsen er en boresensormodul 59 plassert nær borkronen 50. Boresensormodulen inneholder sensorer, kretser og behandlingsprogramvare og algoritmer i forbindelse med de dynamiske boreparameterne. Slike parametre kan innbefatte borkronestøt, lugging av boringsenheten, bakoverrotasjon, dreiemoment, støt, borehulls- og ringromstrykk, akselerasjonsmålinger og andre målinger av borkronens tilstand. En passende telemetri- eller kommunikasjonsmodul 72 som f.eks. bruker toveis telemetri, er også tilveiebrakt som illustrert i boringsenheten 90. Boresensormodulen behandler sensorinformasjon og sender den til en styringsenhet 40 på overflaten via telemetrisystemet 72.

En kraftenhet 78 og et MWD-verktøy 79 i kommunikasjonsmodulen 72 er begge koblet i tandem med borestrengen 20. Fleksible røroverganger blir f.eks. brukt for å koble MWD-verktøyet 79 inn i boringsenheten 90. Slike overganger og verktøy utgjør boringsenheten 90 mellom borestrengen 20 og borkronen 50. Boringsenheten 90 tar forskjellige målinger innbefattende de pulsede kjernemagnetiske resonansmålingene mens borehullet 26 blir boret. Kommunikasjonsmodulen 72 fremskaffer signalene og målingene og overfører signalene ved å bruke toveis telemetri for, f.eks., å bli behandlet ved overflaten. Alternativt kan signalene behandles ved å bruke en brønnhullsprosessor i boringsenheten 90.

Styringsenheten eller prosessoren 40 i brønnhullet mottar også signaler fra andre brønnhullssensorer og anordninger og signaler fra sensorene S1-S3 og andre sensorer som er brukt i systemet 10, og behandler slike signaler i henhold til programmerte instruksjoner tilveiebrakt til styringsenheten 40 på overflaten.

Styringsenheten 40 på overflaten viser ønskede boreparametre og annen informasjon på en fremvisningsanordning/monitor 42 som blir benyttet av en operatør til å styre boreoperasjonene. Styringsenheten 40 på overflaten kan innbefatte en datamaskin eller et mikroprosessorbasert behandlingssystem, et lager for lagring av programmer eller modeller og data, en registreringsanordning for registrering av data, og annet periferiutstyr. Styringsenheten 40 kan være innrettet for å aktivere alarmer 44 når visse utrygge eller uønskede driftsbetingelser inntreffer.

Fig. 2 viser et eksempel på en sylindrisk struktur som omfatter tre soner som hovedsakelig er definert ved hjelp av et metallrør 200 med konduktivitet σ1 og to lag 203 og 205, henholdsvis med konduktiviteter σ2 og σ3. Den magnetiske permeabiliteten til hele rommet er μ. Som illustrert deler den sylindriske grensen 202 som separerer metallrøret fra overgangslaget og den sylindriske grensen 204 som separerer områdene ved overgangslaget og den fjerntliggende formasjonen, en felles z-akse 210. Som målt fra z-aksen er radien til grensen 202 merket som rmd, og radien til grensen 204 er merket som rtl. Et elektromagnetisk felt blir eksitert av en senderstrømsløyfe 215 med radius rxtog blir målt ved hjelp av en mottakersløyfe 220 344239

10

med radius rxr. Sendersløyfen og mottakersløyfen er atskilt med en avstand L.

Amplituden og frekvensen til AC-senderstrømmen er henholdsvis / og ω.

Det er bare en komponent Εφav det elektriske feltet i den betraktede modellen på fig. 2, og den tilfredsstiller Maxwells ligning som spesifisert i ligning (1) under betingelsene i ligning (2):

hvor k<2>= -ίωμσ . , j = 1,2,3 ( 2 )

Som vel kjent på området krever grensebetingelsene en kontinuitet for det tangensiale elektriske feltet Εφog for det tangensiale magnetfeltet, Hz, ved grensene 202 og 204. Disse betingelsene kan uttrykkes matematisk på formen:

En analytisk løsning for problemet med grenseverdien i ligningene (1) og (3) kan finnes ved å bruke kjente teknikker med Fourier-transformasjon og separasjon av variable. De resulterende uttrykkene for en elektromotorisk kraft indusert i mottakeren, Ef=2πΓ*Εφ, er vist nedenfor:

344239

11

De transiente responsene blir fremskaffet ved å generere en elektrisk strøm i form av en trinnfunksjon i senderantennen. Responsen i tidsdomenet Ef(t) kan så fremskaffes ved å anvende en Fourier-transformasjon på frekvensresponsen (4):

Ef(t) = — flm[

π ί

Fig. 3 viser et praktisk eksempel på den sylindriske modellen med to formasjonslag: 50 Qm formasjonen vist ved 302 og 2 Dm formasjonen vist ved 304. Fig. 4 viser responsene ved en avstand til grensen på 1 , 2, 4, 6, 8 og 10 meter, vist

som henholdsvis 401, 402, 403, 404, 405 og 406. Responsen for en uendelig avstand er vist som 407.

Fig. 5 viser de transiente responsene som er fremskaffet i nærvær av et typisk ledende rør. Konduktiviteten er σ=1,4*10<6>S/m. Kurvene 501, 502 og 503 indikerer responser ved avstander på 1, 2 og 4 meter til en fjerntliggende grense. Responskurven 504 representerer responsen til en fjerntliggende grense ved en uendelig avstand. Responskurven 504 er nesten ikke til å skjelne fra og overlapper responskurvene ved en avstand på 6 m, 8 m og 10 m. Fig.5 illustrerer det faktum at sene tider svarer til dyp undersøkelse av det konduktive rørsignalet som vanligvis dominerer den transiente responsen til grunnformasjonene med minst én størrelsesorden. Hoveddelen av det konduktive rørsignalet kan fjernes fra det mottatte signalet ved å bruke én av følgende modelleringsresultater for rørsignalet i luft, laboratoriemålinger av rørsignalet og ved å bruke en kompenseringsspole. I praksis vil det alltid være endel av rørsignalet tilbake på grunn av ustabilitet i rørsignalet forårsaket av boremiljøet. Årsakene til ustabiliteten kan være temperaturavhengighet til den elektriske konduktiviteten i røret, noe som endrer den effektive avstanden mellom senderen og mottakeren, effektiv endring av avstanden mellom senderen og mottakeren på grunn av bøyning av borerøret, endring av det effektive tverrsnittsarealet til mottakeren og senderen, og annet. Ustabiliteten til rørsignalet kan frembringe lavfrekvent støy som kan sammenlignes med eller overskride formasjonssignalet, spesielt ved sene tidspunkter.

Foreliggende oppfinnelse beskriver eliminering av signalet fra det eldende borerøret i transient EM-data basert på innsamling av et ytterligere sett med data ved et sent tidsintervall utenfor det tidsintervallet som er av interesse. På grunn av hurtigere dempning av formasjonssignalet inneholder de ytterligere innsamlede dataene en neglisjerbar (mindre enn en tolererbar systematisk feil) av formasjonssignalet og representerer derfor responsen til bare borerøret. Det estimerte borerørsignalet blir så ekstrapolert tilbake til tidsintervallet av interesse (typisk 0,01-1 ms for de dype avlesningene av transiente målinger) og subtrahert fra mottakerdataene. Ekstrapoleringsprosedyren kan anvendes på borerørsignalet eller på restene av borerørsignalet som er igjen etter en kalibreringsprosedyre eller etter anvendelse av en kompenseringsteknikk. Detaljer ved fremgangsmåten vil bli beskrevet i det etterfølgende.

Fig. 6 viser et typisk tidsdomene-signal for et borerør 601 og et formasjonssignal 603 fra det homogene mediet med konduktivitet 0,1 S/m. Betegnet med ( fe, fe ) er det intervallet som er av interesse for formasjonssignalet, i det viste eksemplet kan det sees at hvis tiden fe er 1 ms, så overskrider formasjonssignalet ved tiden fe formasjonssignalet ved t = 6 ms med mer enn to størrelsesordener. I det eksemplet som er vist på fig. 6, er verdiene av fe og fe henholdsvis 10<-5>og 10<-3>. Det blir så antatt at de to størrelsesordenene for forholdet mellom borerørsignalet og formasjonssignalet er tilstrekkelig til å neglisjere formasjonssignalet i et tidsintervall (fe, fe). I det viste eksemplet er verdiene av fe og fe henholdsvis 6 x 10<'3>og 10<'2>s. Det blir også antatt at rørspenningssignalet f \ mottakerspolen kan representeres med en kjent funksjon av tiden t og en parametervektor β . Borerørsignalet i hovedintervallet (fe, fe) for datainnsamlingen kan så fremskaffes fra ekstrapolering av de data som er fremskaffet i det ytterligere tidsintervallet (fe, fe). Den følgende prosedyre kan brukes for ekstrapoleringen.

Parametervektoren β i modellfunksjonen f(t, β ) kan bestemmes ved å anvende en minste kvadrat-teknikk:

Her er Vpiden datavektoren som er innsamlet i tidsintervallet (fe, fe). Modellfunksjonen f(t, β ) kan presenteres som en linearisering med hensyn til parametervektoren:

hvor f(ti, β o ) er en kjent funksjon av en normalverdi for parameteren β fra kalibreringen, Δβj er små variasjoner av parameterene fra deres normale verdier β0,

og g(ti) er kjente tidsavhengige koeffisienter, deriverte . Muligheten for linearisering blir praktisk gjort mulig ved hjelp av det faktum at hoveddelen av rørsignalet er kjent enten fra modellering eller laboratoriemålinger (kalibreringsprosedyren). Den kan også måles (og subtraheres fra mottakerdataene) basert på bruk av en motspole. Koeffisientene g(ti) kan så også fremskaffes på forhånd fra modellering eller laboratoriemålinger. Så kan en lineær, minste kvadraters prosedyre brukes til å bestemme variasjoner Δβί for parametre βj fra de kalibrerte dataene Vpci.

Løsningen av det minste kvadrat-problemet (3) gir parameterestimatoren Δβjfor hver parametervariasjon. Den estimerte strømverdien for de ledende rørsignalrestene i det intervallet som er av interesse (t1, t2), kan så bestemmes og så subtraheres fra de mottatte dataene:

Kalibreringssignalet kan fremskaffes ved å ta målinger med verktøyet opphengt i luft. Transiente signaler blir målt og ved å bruke en valgt tilpasningsfunksjon kan de nominelle verdiene av tilpasningsparameterne utledes ved å utføre en minst kvadraters tilpasning til det målte kalibreringssignalet ved å bruke den valgte tilpasningsfunksjonen. De nominelle verdiene av tilpasningsparameterne blir så brukt i den lineariserte metoden som er diskutert ovenfor. Bruk av kalibreringssignalet kan gjøre det mulig å unngå problemer med ikke-entydigheten av tilpasningen.

I en utførelsesform av oppfinnelsen er funksjonen f(t,p ) en eksponensiell funksjon av to parametre βι og β2 gitt ved:

En slik representasjon er gitt som et forenklet eksempel og kan være tilstrekkelig til å representere responsen til et ledende borerør som har en enkelt diameter, tynn vegg og én eneste konduktivitet. For et mer praktisk tilfelle hvor den del av borerøret som bidrar til det transiente signalet, kan representeres av ligningene (5)-(13) for σ2 = σ3=0.

Et flytskjema over noen av trinnene i foreliggende oppfinnelse er vist på fig.7. Transiente elektromagnetiske data blir innsamlet over en tid som overskrider tiden av interesse 701 for formasjonssignaler. Dette innbefatter et tidsintervall fra t1(det første tidspunktet av interesse for formasjonssignalet) til t4(slutten av et tidsintervall over hvilke borerørsignalet er dominerende). Dette innbefatter et første tidsintervall {t1,t2} hvor signalet reagerer på både formasjonsegenskapen og på borerøret, og et annet tidsintervall {t3,t4} hvor signalet nesten fullstendig reagerer på bare røret. En tilpasningsfunksjon for rørsignalet blir definert og linearisert 703 nær de normale verdiene av rørparameterne. En minste kvadraters tilpasning til data over det andre tidsintervallet {t3,t4} 705 blir så utført 709 for å estimere en modifisert (ved hjelp av boremiljøet) parametervektor. Ved å bruke tilpasningsparameterne som er fremskaffet ved 709, blir rørsignalet ekstrapolert til det første tidsintervallet {t1, t2} 711 og så subtrahert 717 fra signalet over tidsintervallet {t1,t2} 717 for å gi et korrigert signal for intervallet {t1,t2} 719. Det korrigerte signalet kan estimeres for et antall forskjellige sender/mottaker-avstander, og ved å bruke tidligere kjente metoder slik som et tabelloppslag, kan avstanden til laggrensen estimeres.

Det vises nå til fig.8 hvor det er vist et eksempel på et transient signal 803 som innbefatter et formasjonssignal, et rørsignal og additiv målestøy. For det viste eksemplet var avstanden mellom sender og mottaker 10 m, og formasjonskonduktiviteten var 0,1 S/m. På fig.8 er også vist det signalet som ville bli registrert i fravær av røret 801 (eller med et rør med uendelig konduktivitet). Tidsintervallet av interesse er fra 10<-5>s til 10<-3>s. Som man kan se, begynner rørsignalet å bli viktig etter omkring 3 x 10<-4>s, betegnet med 805.

Resultatet av anvendelse av fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse er vist på fig.9. Kurven 903 viser resultatet av å foreta en minste kvadrattilpasning til signalet 903 over tidsintervallet {t3,t4}, ekstrapolere tilbake til tidsintervallet av interesse, og subtrahere det fra det opprinnelige signalet 803. Som man kan se, er den resulterende kurven nær formasjonssignalet over hele intervallet {t1,t2} og kan dermed inverteres ved å bruke tidligere kjente fremgangsmåter til å gi formasjonsegenskapene, innbefattende konduktiviteter og avstand til en grenseflate i grunnformasjonen.

Oppfinnelsen er blitt beskrevet ovenfor under henvisning til en MWD-anordning båret på en borestreng. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan også brukes på andre typer MWD-anordninger transportert på et borerør og kan også brukes på et loggeverktøy båret på en kabel. Sistnevnte fremgangsmåte er av forholdsvis mindre viktighet siden det på kabelanordningene er mulig å ha et hus med meget høy konduktivitet slik at de korreksjonsmetodene som er beskrevet her, ikke behøver å være nødvendige. En slik transportanordning vil være kjent for fagkyndige på området og blir ikke diskutert nærmere her.

Det skal videre bemerkes at selv om det eksemplet som er gitt ovenfor, brukte aksialt orienterte sendere og mottakere, er dette ikke ment å bli oppfattet som noen begrensning. Fremgangsmåten som er beskrevet ovenfor kan også brukes i forbindelse med en sender og/eller en mottaker orientert ved en vinkel til loggeverktøyets langsgående akse. Bruk av målinger tatt med aksialt orienterte og transversale antenner som diskutert i US-patent 7,167,006 til Itskovich, gjør det spesielt mulig å skaffe et nøyaktig estimat av en avstand til en grenseflate og bruke denne til reservoarnavigering. Grenseflaten kan være en gass/olje-grenseflate, en olje/vann-grenseflate, en gass/vann-grenseflate og/eller en laggrense. Den estimerte avstanden kan brukes for å styre en boreretning.

Implisitt i behandlingen av dataene er bruken av et datamaskinprogram på et passende maskinlesbart medium som setter prosessoren i stand til lå utføre styring og behandling. Det maskinlesbare mediet kan innbefatte én eller flere ROM, EPROM, EEPROM, flash-lagre og optiske plater.

Selv om den foregående beskrivelse er rettet mot spesielle utførelsesformer av oppfinnelsen, vil forskjellige modifikasjoner være opplagte for fagkyndige på området. Det er ment at alle slike variasjoner innenfor rammen av de vedføyde patentkrav skal oppfattes av den foregående beskrivelse.

Claims

Patentkrav

1. Fremgangsmåte for evaluering av en grunnformasjon ved å bruke et verktøy transportert i et borehull (26) i grunnformasjonen, hvor verktøyet har et legeme med en endelig konduktivitet forskjellig fra null,

k a r a k t e r i s e r t v e d at fremgangsmåten omfatter:

å bruke en sender på verktøyet for å frembringe et transient elektromagnetisk signal (803) i grunnformasjonen;

å bruke minst én mottaker forproduksjon av et signal som er et resultat av vekselvirkning mellom det transiente signalet (803) og grunnformasjonen, idet det mottatte signalet omfatter et første tidsintervall (711) som innbefatter en første komponent som en reaksjon på en egenskap ved grunnformasjonen, og en andre komponent som er en reaksjon på konduktiviteten til verktøyet, og et annet tidsintervall som hovedsakelig er en reaksjon på konduktiviteten til verktøyet;

å bruke det produserte signalet i det andre tidsintervallet og det produserte signalet i det første tidsintervallet til å estimere den første komponenten til det produserte signalet i det første tidsintervallet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende bruk av den estimerte første komponenten i det produserte signalet til å estimere en verdi av egenskapen til grunnformasjonen.

3. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor parameteren av interesse er minst én av (i) en resistivitetsegenskap ved formasjonen, og (ii) en avstand til en laggrense i formasjonen.

4. Fremgangsmåte ifølge krav 1, hvor estimering av den første komponenten i det produserte signalet i det første tidsintervallet videre omfatter:

(i) å utføre en minste kvadrattilpasning til det produserte signalet i det andre tidsintervallet;

(ii) å bruke tilpasningsparameterne som er utledet i den minste kvadrattilpasningen til å definere et ekstrapolert signal i det første tidsintervallet; og (iii) å subtrahere det ekstrapolerte signalet fra det produserte signalet.

5. Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvor utførelsen av den minste kvadrattilpasningen videre omfatter å bruke en eksponentiell funksjon.

6. Fremgangsmåte ifølge krav 4, hvor utførelse av den minste kvadrattilpasningen til det andre tidsintervallet av det produserte signalet, videre omfatter: (i) å definere en tilpasningsfunksjon, og

(ii) å linearisere tilpasningsfunksjonen omkring en nominell verdi av en tilpasningsparameter.

7. Fremgangsmåte ifølge krav 6, videre omfattende å estimere den nominelle verdien av tilpasningsparameteren ved å bruke et kalibreringssignal.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 1, videre omfattende å transportere verktøyet inn i undergrunnsformasjonen på én av (i) et borerør, og (ii) en kabel.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 2, videre omfattende å styre en retning av boringen ved å bruke den estimerte verdien av egenskapen ved grunnformasjonen.

10. Anordning innrettet for å evaluere en grunnformasjon,

k a r a k t e r i s e r t v e d at verktøyet omfatter:

et verktøy som har et legeme med en endelig konduktivitet forskjellig fra null, innrettet for å bli transportert i et borehull (26);

en sender på verktøyet innrettet for å frembringe et transient, elektromagnetisk signal (803) i grunnformasjonen;

minst én mottaker innrettet for å frembringe et signal som reaksjon på vekselvirkning mellom det transiente signalet og grunnformasjonen, hvor det produserte signalet omfatter et første tidsintervall (711) som innbefatter en første komponent som er en reaksjon på en egenskap ved grunnformasjonen, og en andre komponent som er en reaksjon på konduktiviteten til verktøyet, og et annet tidsintervall som er en reaksjon hovedsakelig på konduktiviteten til verktøyet; og minst én prosessor (40) innrettet for å bruke det frembrakte signalet i det andre tidsintervallet og det frembrakte signalet i det første tidsintervallet (711) til å estimere den første komponenten til signalet i det første tidsintervallet (711).

11. Anordning ifølge krav 10, hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å bruke den estimerte første komponenten til å estimere en verdi av egenskapen til grunnformasjonen.

12. Anordning ifølge krav 10, hvor egenskapen til grunnformasjonen er valgt fra: (i) en resistivitetsegenskap for formasjonen, og (ii) en avstand til en grenseflate i formasjonen.

13. Anordning ifølge krav 10, hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å estimere den første komponenten i det produserte signalet i det første tidsintervallet ved videre:

(i) å utføre en minste kvadrattilpasning til det andre tidsintervallet i det frembrakte signalet;

(ii) å bruke tilpasningsparameterne som er utledet i den minste kvadrattilpasningen til å definere et ekstrapolert signal i det første tidsintervallet; og

(iii) å subtrahere det ekstrapolerte signalet fra det produserte signalet.

14. Anordning ifølge krav 13, hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å utføre den minste kvadrattilpasningen ved videre å bruke en eksponentiell funksjon.

15. Anordning ifølge krav 13, hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å utføre den minste kvadrattilpasningen til signalet i det andre tidsintervallet i det produserte signalet ved videre å linearisere en tilpasningsfaktor omkring en nominell verdi av en tilpasningsparameter.

16. Anordning ifølge krav 15, hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å estimere en nominell verdi av tilpasningsparameteren ved å bruke et kalibreringssignal.

17. Anordning ifølge krav 10, videre omfattende en transportanordning innrettet for å transportere verktøyet inn i formasjonen, hvor transportanordningen er valgt fra: (i) et borerør, og (ii) en kabel.

18. Anordning ifølge krav 11, hvor den minst ene prosessoren videre er innrettet for å styre en boreretning basert i det minste delvis på den bestemte verdien av egenskapen til grunnformasjonen.

19. Datamaskinlesbart mediumprodukt som har lagret instruksjoner som når de leses av minst én prosessor (40), får den minst ene prosessoren (40) til å utføre en fremgangsmåte,

k a r a k t e r i s e r t v e d at fremgangsmåten omfatter:

å behandle et signal som er produsert av en mottager på et verktøy i et borehull (26) som reaksjon på et transient signal (803) generert av en sender i borehullet (26), for å estimere en egenskap ved grunnformasjonen, der det produserte signalet omfatter et første tidsintervall (711) som innbefatter en første komponent som reaksjon på en egenskap for grunnformasjonen, og en andre komponent som er en reaksjon på konduktiviteten til verktøyet, og et annet tidsintervall som hovedsakelig er en reaksjon på en konduktivitet til verktøyet, for å estimere den første komponenten i signalet i det første tidsintervallet.

20. Datamaskinlesbart medium ifølge krav 19, videre omfattende minst én av: (i) et ROM,

(ii) et EPROM,

(iii) et EEPROM,

(iv) et flash-lager og

(v) en optisk plate.